A demanda global por data centers, a espinha dorsal do mundo digital, evolui de forma acelerada, impulsionada pela explosão do uso das tecnologias de inteligência artificial. No fim de 2023, eram mais de 11,8 mil unidades do gênero no mundo. Esse mercado também cresce no Brasil, com grande concentração no estado de São Paulo. A energia consumida por centros de dados de computação em nuvem, apontam estimativas, chega a 1% da demanda global.
Um dos caminhos para elevar a eficiência energética dos data centers é dotá-los de sua própria infraestrutura de energia renovável, com a instalação de painéis solares ou turbinas eólicas, destaca o cientista da computação Daniel Cordeiro, da Escola de Artes, Ciências e Humanidades da Universidade de São Paulo (EACH-USP). Com o apoio da FAPESP, seu grupo pesquisa a gestão de recursos computacionais em centros de dados para reduzir a pegada de carbono do setor.
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As grandes multinacionais de tecnologia da informação têm cada vez mais integrado energia limpa a suas operações. Em 2023, o Google informou em seu relatório de sustentabilidade que, em média, a energia consumida por seus centros de dados usava 64% de energia verde, com alguns lugares chegando a 90%, e 75% de sua pegada de carbono vinha de emissões indiretas – as que ocorrem, por exemplo, durante a fabricação de equipamentos. A Microsoft também reportou que 96% da pegada de carbono de seus centros de dados tem como origem as emissões indiretas.
Um desafio para criar data centers com fontes de energia renovável é o caráter intermitente delas. “Os painéis solares só geram eletricidade durante o dia quando tem Sol, enquanto as turbinas eólicas dependem de ventos em velocidade ideal. Por isso, é preciso usar dispositivos de armazenamento de energia, como baterias, que também têm um custo ambiental”, ressalta o especialista em sistemas de informação Miguel Felipe Silva Vasconcelos. Atualmente em estágio de pós-doutorado no Instituto de Pesquisa em Informática de Toulouse (Irit), na França, ele investiga a sustentabilidade de sistemas computacionais distribuídos, que são compostos por múltiplos elementos, como computadores, celulares e sensores, que interagem entre si para realizar determinadas tarefas.
Vasconcelos começou a se dedicar ao tema durante o doutorado, coorientado por Cordeiro e Fanny Dufossé, do Laboratório de Informática da Universidade de Grenoble Alpes, na França. “Pesquisei como reduzir as emissões de carbono de um conjunto de data centers de computação em nuvem geodistribuído por meio da adoção de uma infraestrutura local de energia renovável e de estratégias de escalonamento”, relata ele, que contou com apoio da FAPESP.
Escalonar, no caso, significa definir o data center e o momento do dia em que as tarefas computacionais demandadas serão executadas, sempre visando minimizar o consumo de energia de alta emissão de carbono. Data centers de computação em nuvem são altamente requisitados porque hospedam os principais serviços digitais e aplicações que usamos diariamente.
Para realizar o estudo, apresentado no 23º International Symposium on Cluster, Cloud and Internet Computing, ocorrido em Bangalore, na Índia, em 2023, Vasconcelos considerou nove centros de dados situados em diferentes cidades do planeta, entre elas São Paulo, Paris e Camberra, na Austrália – não por coincidência, locais que abrigam instalações da Microsoft.
A fim de dimensionar a área de painéis solares e a capacidade das baterias, o pesquisador avaliou as características do lugar onde o centro estava instalado. Considerou a irradiação solar durante o ano, a energia necessária para refrigerar os servidores e a pegada de carbono da rede elétrica local e da fabricação dos painéis solares e das baterias.
“O trabalho resultou em um modelo matemático que nos permite determinar o dimensionamento ótimo da infraestrutura de geração e armazenamento de energia renovável de um centro de dados”, conta Cordeiro. “O gestor de uma plataforma de computação em nuvem que queira avaliar a infraestrutura energética necessária para seus data centers poderá usar nosso software que implementa esse modelo e analisar diferentes cenários de investimento e os respectivos impactos ambientais.”
A partir dessa pesquisa, o grupo de Cordeiro desenvolveu outros estudos baseados na estratégia follow-the-renewables (siga as renováveis), que consiste em executar as cargas de trabalho computacionais de forma que elas sejam alocadas em servidores ou centros de dados com mais disponibilidade de energia renovável naquele momento ou, sempre que possível, fazer a migração dessas cargas para essas regiões. Um dos trabalhos resultou em artigo publicado no Proceedings of the 11th International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems, em abril de 2022.
Durante o pós-doutorado, Vasconcelos investiga como reduzir o impacto ambiental em outra camada computacional, chamada edge computing ou computação de borda, que trabalha junto com a computação em nuvem. “A ideia da edge computing é trazer os recursos computacionais mais próximos para os usuários finais, já que os data centers que abrigam plataformas de computação em nuvem são localizados distante dos usuários, o que gera demora no tráfego dos dados”, afirma. “Por isso, não são adequados para aplicações que necessitam de um baixo tempo de resposta, como aplicações de carros autônomos, cidades inteligentes, entre outras.”
O pesquisador explora como usar a infraestrutura computacional já existente na cidade francesa de Toulouse, em estações de trem e metrô, que muitas vezes ficam ociosas, para construir uma plataforma de computação de borda sem precisar adquirir computadores adicionais. Dessa forma, reduziria a pegada ambiental causada tanto pela fabricação desses equipamentos como pelo seu consumo de energia.
Atratividade brasileira
Dono de 1,5% do mercado global de data centers, com 181 unidades, o Brasil tem se mostrado um país atrativo para o setor. Esse mercado cresceu 628% entre 2013 e 2023 no país, segundo o estudo “Brazil data center report”, da consultoria imobiliária JLL (ver infográfico abaixo). “Investir em data centers é importante para garantir a nossa soberania digital, o que inclui o controle sobre ativos digitais, como dados, software, hardware e infraestrutura”, ressalta Cordeiro.
Vários projetos encontram-se em andamento, com destaque para três novos centros de dados da Microsoft na região de Campinas. O primeiro deles deve ficar pronto ainda este ano. A Amazon, também presente no Brasil, anunciou em setembro de 2024 investimento de R$ 10 bilhões para expansão de sua infraestrutura de data centers no país até 2034.
“Países com uma matriz energética verde ou com condições favoráveis para geração de energia renovável, como é o caso do Brasil, estão atraindo os grandes operadores de plataformas de computação em nuvem, comprometidos em reduzir as emissões de CO2 [dióxido de carbono] de suas operações utilizando fontes de energia com baixa emissão de carbono”, comenta Vasconcelos.
Especialistas ponderam, contudo, que mesmo que o país tenha uma matriz fortemente baseada em fontes renováveis, a instalação de centros de dados em território nacional afeta o ambiente – afinal, a construção de hidrelétricas não é isenta de impactos e sempre haverá um elevado consumo de água, assim como emissões de carbono, diretas ou indiretas, pelos centros de dados.
“Essa discussão sobre sustentabilidade ambiental é pertinente sempre que construímos infraestrutura de apoio a algum tipo de indústria no país”, diz Cordeiro. Para o pesquisador, se os grandes fornecedores de plataformas de computação produzirem a própria energia a partir de fontes renováveis, a operação dos data centers pode ser feita de forma mais sustentável.
Uma versão deste texto foi publicada na edição impressa representada no pdf.
Projetos
Aplicações de teoria do escalonamento para otimizar o uso de energia verde em plataformas de nuvens computacionais (no 21/06867-2); Modalidade Auxílio à Pesquisa; Pesquisador responsável Daniel de Angelis Cordeiro (USP); Investimento R$ 73.394,59.
Artigos científicos
CORDEIRO, D et. al. Green cloud computing: Challenges and opportunities. Anais Estendidos do XIX Simpósio Brasileiro de Sistemas de Informação (SBSI 2023). 20 mai. 2023.
VASCONCELOS, M. et al. Optimal sizing of a globally distributed low carbon cloud federation. 2023 IEEE/ACM 23rd International Symposium on Cluster, Cloud and Internet Computing (CCGrid). p. 203-15. 2023.
VASCONCELOS, M. et al. Indirect network impact on the energy consumption in multi-clouds for follow-the-renewables approaches. Proceedings of the 11th International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems SMARTGREENS. v. 1, p. 44-55. 2022.
Relatórios
Brazil Data Center Report: Brazil main markets outlook 2023. JLL. jan. 2024
Powering Intelligence: Analyzing artificial intelligence and data center energy consumption. Electric Power Research Institute (EPRI). 2024
